開關電源并聯均流技術

開關電源利用現代的功率電子技術，操縱開關管的接通和斷開的時間比例，維持穩定的輸出電壓，開關電源由脈沖寬度調制( PWM )操縱IC和MOSFET構成。 隨著電力電子技術的進展和創新，開關電源技術也不斷創新。 目前，開關電源以小型、輕量、高效率的特點廣泛應用于許多電子設備，是當前電子信息產業快速進展中不可或缺的電源方式。

1 .主要用途

開關電源產品廣泛應用于工業自動化操縱、軍需設備、科研設備、LED照明、工業操縱設備、通信設備、電力設備、儀表、醫療設備、半導體冷熱、空氣凈化器、電子冰箱、液晶顯示器、LED照明燈、通信設備、視聽產品、防盜監視、LED照明袋、計算機盒、數字產品和設備類等領域。

2 .開關電源并聯均流技術

在實際應用中，直流穩壓電源的輸出參數(如電壓、電流、電力)不能滿足要求，因此滿足該參數要求的直流穩壓電源存在新的開發、設計、生產過程，電源成本增加，交貨時間延長，影響了工程進度。 因此，采納實際模塊化的結構方法，采納肯定規格系列的模塊化電源，以肯定的串聯或并聯方式實現了輸出電壓、輸出電流、輸出功率的擴展。

然而，對于電源輸出參數的擴展，僅僅使用簡單的串行并行方案是不能確保整個擴展后的電源系統的穩定可靠性高的操作的。 無論電源模塊是擴展還是擴展，都存在“均壓”、“均流”問題，但解決方法的差異對整個電源擴展系統的穩定性、可靠性有很大影響。 由于目前穩定的電源輸出擴散應用較多，本文僅探討開關電源并聯均流技術。 均流的主要任務如下

(1)負載變化時，每臺電源的輸出電壓變化相同。

(2)按照電力份額均等分配每臺電源的輸出電流。

如何提高系統的可靠性

(1)在電源并行擴散過程中，為了提高系統的工作穩定性，可以采納N+m冗馀的方法。 在此，m表示冗馀份數，m的值越大，系統的動作可靠性越高，但系統成本也相應地增加。

(2)選擇采納均流技術保證系統正常運行。 在電源并行擴散中，廣泛的方法是自動均流技術。 采樣，電子操縱調整環路保證系統整體的輸出電流按各單元的輸出能力均等地分配，充分發揮各單元的輸出能力，保證各單元可靠地動作。

(3)均流技術須符合條件；

全部電源單元應使用公共總線。

系統整體需要良好的均流瞬態響應特性。

整個并行輸出擴頻系統有公共的操縱電路。

(4)常用的并聯均流技術:

改變單元輸出的內阻法(傾斜操縱法)

主機/從機操縱方法( master/slave )

外部操縱電路法

平均電流型自動負載均流法

大電流自動均流法(自動主/從法、民主均流法)、強制均流法

3 .關于均流技術中常用的概念

3.1穩壓源( CV )

電路框圖和特性曲線分別如圖1(a )、( b )所示，輸出電壓UO=RFUREF/R1

圖1(a )

圖1(b )

3.2穩定流源( CC )

電路框圖和特性曲線分別如圖2(a )、( b )所示，輸出電流IO=RFUREF/(RSR1)

圖2(a )

圖2(b )

3.3CV/CC (額定電壓/額定電流疊加)

特性曲線如圖3所示

圖3

4 .幾種常用均流技術的工作原理

4.1改變電池的輸出內阻法(斜率操縱法、壓降式、輸出特性斜率操縱式)

實施方法:

uo固定，改變傾斜

什么斜率肯定，改變輸出電壓

圖4

(1)動作原理和特性曲線

開關電源并聯均流技術

參照圖4(a )、( b )，圖中△Imax=△UOImax/△Uslope、內部電阻RO=△UO/△IO在單元輸出電流IO1增加時，IO1電流檢測電阻RS的電壓降增加，a-1輸出電壓增加，和單元電壓反饋信號Uf重疊，被發送到a-2反相輸入

由圖4(b )可知，標準的△UO=±0.1%、△Uslope=±2%時△Imax=0.05Imax，即調整精度為5%。 大多數調整系統都接受這種調整精度。

(2)改變單元輸出內阻法(斜率法)的特征

由式子可知，小電流均勻流動的效果不好

△IMAX = 0.05從IMAX可以看出。

什么大電流均勻流動的效果很好。

對于電壓源來說，內阻RO (斜率)越小越好，但該均流方法改變RO實現了均流，降低了電源輸出的負載特性，即犧牲了電路的技術指標實現了均流。

隨著微處理器技術的進展，該方法易于實現程序操縱，實現理想的均流操縱特性。

4.2主機/從站操縱方法( Master/Slave )

(1)動作框圖

參考圖5，按照這種操作方式，使用n個單元，其中一個單元(主單元)以電壓源( CV )的方式操作，而其馀的n-1個單元以電流源( CC )的方式操作，以通過來自輸出電流的誤差電壓δu來實現均流操縱。 實際上是由電壓環(外圈)和電流環(內圈)構成的電流操縱型雙環操縱或電壓操縱的電流源。

圖5

(二)主要特點；

主站單元發生故障時，系統整體崩潰。

電壓環的工作頻帶簡單受噪聲的影響。

主站/從站之間需要通信聯絡，系統整體變得復雜。

可靠性取決于主模塊，只同意流，不能配置冗馀系統。

支持n個動力單元的系統。

4.3外部電路操縱法

(1)動作原理

可將輸出電流檢測電路添加到每個單元中以檢測電流，并且所生成的反饋信號調整每個單元的電流，以使得每個單元之間的輸出均勻。 在這種情況下，各單元之間需要公共總線。

(二)優缺點；

該操縱方法雖然具有良好的電流效應，但每單元增加一個電流操縱電路，作為操縱環的一部分，必須滿足整個環的要求。 否則，可降低小區的技術指標和操作穩定性，并且可降低系統的動態響應性。

因為每個單元都需要操縱電路，所以擴散系統整體的接線很多。

4.4平均電流型自動負載均流法(自動均流)

(1)動作框圖

參照圖6，該均流方式采納了窄帶電流放大器，輸出端子通過電阻值r的電阻和均流母線連接，n個單元采納了n個該結構。

圖6

當輸出達到平均電流時，電流放大器的輸出電流I1變為0，IO1變為平均電流工作狀態。 相反，在電阻器r中產生Uab，用該電壓操縱a-1，用a-1重新操縱單元功率電平的輸出電流，終達到平均電流。

(2)特征

均流效果好，易于實現精確的均流。

在具體的使用中，如果均流母線短路，或者和母線連接的1個單元不動作，母線電壓下降，每個單元的輸出電壓下降，進而達到下限，成為故障的原因。 并且，當某個模塊的電流上升到Iomax時，電流放大器的輸出電流也達到極限值，并且其他單元的輸出電壓自動下降。

可構成冗馀系統，均流模塊數理論上是無限的。

為了在動態調節缺陷系統的過程中始終保持穩定，通常要限制大調節范圍，將全部電壓調節到電壓捕獲范圍內。 如果一個模塊全部短路，則系統不能均勻流動。 個別模塊的限流也可能導致系統不穩定。 大規模系統難以解決系統的穩定性和負荷均流過渡響應的矛盾。 將二極管和圖6的r形臂串聯連接，構成大電流自動平均電流法。

4.5大電流自動均流法(民主均流法、自動主機/從機操縱法)

(1)動作原理

圖6

將圖6所示的流程塊的電阻r置換為一個二極管，設二極管的正端子為a，負端子為b。 這樣，只有n個單元中輸出電流大的電流放大器的輸出導通二極管，影響均流母線電壓，實現該單元的均流調節作用。 一次只有一個單元參和協調工作。

(2)特征

在這樣的均流方式中，參和調節的單元由n個單元中的大輸出電流單元決策，一次僅該大輸出電流單元動作，由于該大電流單元是隨機的，因此有人將該均流方式稱為“民主均流法”。 其它，在大均流單元工作的情況下，由于其為主機狀態，其他單元為操縱狀態，因此也將該方法稱為“自動主機/從機操縱法”。

由于二極管有正向電壓降，主單元總是有誤差，從單元的平均電流效應良好。 美國Unicom公司的UC3907綜合均流操縱芯片是這樣工作的。 大平均電流法的特點和平均電流法相似。

4.6強制均流法

強制均流是指在監控模塊中實現均流。 實現方式主要有軟件操縱和硬件操縱兩種。

軟件操縱用軟件計算，模塊電流的比較

調整平均電流和模塊電壓，使該電流等于平均電流。 軟件方式易于實現，均流精度高，但其瞬態響應差，調節時間長。

如圖7所示，硬件操縱方式的原理為，通過對采樣電壓Us和系統基準電壓Ur進行比較來產生誤差電壓Ue，將該電壓發送至各模塊，并和模塊電流進行比較來調整模塊基準電壓，從而改變輸出電壓，調整輸出電流，實現均流。 這樣，各模塊相當于電壓操縱的電流源。 該均流方式精度高，動態響應好，操縱模塊多，可簡單構成冗馀系統。

強制均流取決于監視單元，請注意監視單元發生故障時不能均流。 強制均流中，各監視系統監視的模塊數達到100個，設定參數后(模塊電壓之差大，例如1趴以上)不需要調整，均流精度超過2.5%，負載響應快(數百ms以內)，沒有振動現象。

五.總結

本文主要商量了六種常用的均流技術。 其中，單元輸出內阻法(斜率法)、大電流自動平均法、強制平均法得到廣泛應用，有現成的集成操縱芯片。 同時，隨著微處理技術的快速進展，整個系統采納智能總線結構實現平均流冗馀操縱、故障檢測、故障信息顯示等功能，平均流效應更加理想，接口的使用更加友好、方便。

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